转炉炼钢工艺课件(PPT 43页)

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1、1炼钢任务：炼钢任务：1、杂质、杂质(P、S等等)元素、有害气体及夹杂物的去元素、有害气体及夹杂物的去除；除；2、多余元素、多余元素(C等等)的氧化；的氧化；3、调整成分、调整温度，达到所炼钢种的要求；、调整成分、调整温度，达到所炼钢种的要求；获得合格钢坯或钢锭。获得合格钢坯或钢锭。四脱、二去、二调整四脱、二去、二调整2第一节第一节 氧气顶吹转炉炼钢工艺简介氧气顶吹转炉炼钢工艺简介一一.一炉钢的冶炼过程一炉钢的冶炼过程转炉一炉钢的冶炼过程包括：装料吹炼（供氧、造渣）脱氧与合金化出钢溅渣护炉和倒渣几个阶段。一炉钢的吹氧时间通常为1218min，冶炼周期为2540min。3氧气顶吹转炉炼钢工艺简介

2、二二.一炉钢冶炼过程中的一炉钢冶炼过程中的金属金属、炉渣炉渣成分成分和和温度温度的变化的变化Si、Mn:吹炼的前1/31/4时间，硅、锰迅速氧化到很低的含量。碱性渣操作时，硅氧化较彻低，锰在吹炼后期有回升现象；C:在硅、锰氧化的同时，碳也被氧化。当硅、锰氧化基本结束后，随着熔池温度升高，碳的氧化速度迅速提高。碳含量0.15%以后，脱碳速度又趋下降；（极限：0.02%）。45氧气顶吹转炉炼钢工艺简介P:在开吹后不久，随着硅的降低，磷被大量氧化，但在吹炼中后期磷的下降速度趋缓慢，甚至有回升现象；S:硫在开吹后下降不明显，吹炼后期去除速度加快。Fe:铁的氧化主要取决于供氧情况。依据：氧势图。元素氧化

3、顺序：T 1530：C、Si、V、Mn、P、Fe67氧气顶吹转炉炼钢工艺简介炉渣变化：熔渣成分与钢中元素氧化、成渣情况有关。渣中CaO含量、碱度随冶炼时间延长逐渐提高，中期提高速度稍慢；渣中氧化铁(FeO)含量前后期较高，中期随脱碳速度提高而降低；渣中SiO2、MnO、P2O5含量取决于钢中Si、Mn、P氧化的数量和熔渣中其它组成含量的变化。89氧气顶吹转炉炼钢工艺简介温度变化：吹炼过程中金属升温大致分三阶段：第一阶段升温速度很快，第二阶段升温速度趋于缓慢，第三阶段升温速度又加快。出钢温度约出钢温度约16501680。根据熔体成分和温度的变化，吹炼过程可分为三期：硅锰氧化期（吹炼前期）、碳氧化

4、期（吹炼中期）、碳氧化末期（吹炼末期）。10转炉钢中气体成分变化转炉钢中气体成分变化11第二节第二节 转炉炼钢装入制度转炉炼钢装入制度装入制度是指一个炉役期一个炉役期中装入量的安排。装入制度有三种：定量装入定量装入、定深装入定深装入和分阶段定量分阶段定量装入装入法。转炉炼钢的装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量(多数厂是先加废钢)，它是决定转炉产量、炉龄及其它技术经济指标的重要因素之一。转炉公称容量有三种表示方法：1.平均炉金属料（铁水和废钢）装入量；平均炉金属料（铁水和废钢）装入量；2.平均炉产良锭（坯）量；平均炉产良锭（坯）量；3.平均炉产钢水量。平均炉产钢水量。1213铁水和废钢配比是

5、根据热平衡计算确定。通常，铁水配比为7090%，其值取决于铁水温度和成铁水温度和成分、炉容量、冶炼钢种、原材料质量和操作水平分、炉容量、冶炼钢种、原材料质量和操作水平等。炉容比炉容比：指转炉内自由空间的容积容积（V）与金属装入量金属装入量(t)之比(V/t,m3/t)。它通常波动在0.831.0，它与铁水成分、冷却剂类型、铁水成分、冷却剂类型、氧枪喷头结构和供氧强度氧枪喷头结构和供氧强度等因素有关。厂名厂名 太钢太钢二炼二炼 首钢三首钢三炼炼 攀钢攀钢 本钢二本钢二炼炼 鞍钢三鞍钢三炼炼 首钢二首钢二炼炼 宝钢一宝钢一炼炼 吨位吨位/t 5080120120150210300炉容炉容比比/m3

6、.t-1 0.970.840.900.910.860.971.0514第三节第三节 转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度一一.氧射流及其对熔池的相互作用氧射流及其对熔池的相互作用1.氧射流氧射流顶部氧射流是转炉炼钢最重要的供氧渠道。顶氧射流是通过水冷氧枪将高压高压、高纯高纯的氧气从出口马赫数M远大于1(1.92.1)的喷头中喷出的超超音速射流。音速射流。1516超音速氧射流特征：超音速氧射流特征：与自由射流相比炉膛内的氧射流实质上是一种复杂的扩张流。炉膛内的氧射流实质上是一种复杂的扩张流。是具有：是具有：化学反应化学反应的的逆向流逆向流中的中的非等温非等温_超音速湍流射流。超音速湍流射流。二次燃烧

7、率（二次燃烧率（CO+O2 CO 2），），室温室温160017LD正是靠此种表层CO二次燃烧现象,才使炉子的热效率得到提高.研究发现研究发现:表层表层CO二次燃烧量二次燃烧量与喷枪的喷枪的氧流股数氧流股数和和枪位枪位有密切关系.一般有5%-10%的二次燃烧率的二次燃烧率.原因原因:流股数增多,必然使流股表面积增加;枪位的提高,会延长流股长度,必然使二次燃烧量增多。为进一步提高CO二次燃烧率,最大限度提高炉子的热效率,上世纪80年代初,双流、多孔氧枪开发成功,各种类型的双流氧枪相继应用.18192.氧射流与熔池的物理作用氧射流与熔池的物理作用氧射流与熔池接触时在液面上形成冲击区凹坑，凹坑实际上

8、是高温反应区高温反应区。热模拟实验表明，高温反应区呈火焰状，亦称火点火点。它由光亮较强的中心（一次反应一次反应区区）和光亮较弱的狭窄外围（二次反应区二次反应区）所构成。反应区的温度在20002700之间(高温、高氧浓度)。20穿透深度穿透深度和冲击面积冲击面积是凹坑特征的主要标志。枪位：枪位：喷嘴在静止喷嘴在静止液面上的高度。液面上的高度。21转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度熔池的搅拌程度与氧射流的冲击强度密切相关：氧射流冲击力大（硬吹硬吹），则射流的穿透深度大，冲击面积小，对熔池的搅拌强烈；反之，（软吹软吹），则射流的穿透深度小，冲击面积大，对熔池搅拌弱。在氧射流的作用下，熔池将受到搅拌，产

9、生环流、喷溅、振荡等复杂运动。2223转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度3.氧射流与熔池的化学作用氧射流与熔池的化学作用（传氧机理）：在不同的吹炼方式下，熔池的化学反应形式也不同。硬吹硬吹:载氧液滴大量进入钢液中，碳的氧化反应激烈，而熔渣氧化性弱；软吹软吹:则进入钢液中氧少，熔渣氧化性提高。定性得到证实的元素氧化机理认为：定性得到证实的元素氧化机理认为：（一次反应区）主要是直接氧化反应：一次反应区）主要是直接氧化反应：24C+1/2O2=CO (3-1)CO+1/2O2=CO2 (3-2)Si+1/2O2=SiO(3-3)SiO+1/2O2=(SiO2)(3-4)Mn+1/2O2=(MnO)(3

10、-5)Mn+1/2O2=(MnO)(3-6)P+1/2O2=PO(3-7)2PO+3/2O2=(P2O5)(3-8)Fe+1/2O2 =(FeO)(3-9)反应（3-9）的发展程度取决于C、Si、Mn的浓度。25转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度在一次反应区以外的二次反应区，主要是间在一次反应区以外的二次反应区，主要是间接氧化接氧化；Fe+1/2O2 =(FeO)(FeO)=O+FeCCOCOCO2Si+O(SiO2)Mn(MnO)P(P2O5)间接氧化是炼钢的主要的氧化反应间接氧化是炼钢的主要的氧化反应。(FeO)是氧的传递者。是氧的传递者。2627转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度元素的氧化顺

11、序取决于化学反应自由能变化的比值元素的氧化顺序取决于化学反应自由能变化的比值;还与该元素在钢中的浓度及其氧化物在渣中或气相还与该元素在钢中的浓度及其氧化物在渣中或气相中浓度有关中浓度有关;而与元素的表面活性关系不大。而与元素的表面活性关系不大。LD的传氧机理的传氧机理:是以间接氧化为主。是以间接氧化为主。28转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度C-O反应速度：转炉炼钢C-O反应消耗O270%，贯穿于炼钢过程的始终。有效控制C-O反应是冶炼的关键。29转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度二二.乳化和泡沫现象乳化和泡沫现象由于氧射流对熔池的强烈冲击和C-O反应产物CO气泡的沸腾作用，使熔池上部金属、熔渣和

12、气体三金属、熔渣和气体三相剧烈混合相剧烈混合，形成了转炉内发达的乳化和泡沫状态。这是氧射流与熔池的这是氧射流与熔池的物理物理和和化学化学共同作用的结果共同作用的结果。3031氧气顶吹转炉内氧气顶吹转炉内co气泡可能气泡可能 形成地点形成地点示意图示意图 1氧射流作用区氧射流作用区;2一一炉渣炉渣-金属界面金属界面;3一一金属金属-炉渣炉渣-气体气体乳浊液乳浊液;4一一炉底和炉壁的粗炉底和炉壁的粗糙糙 表面表面;5沸腾熔池中的气泡沸腾熔池中的气泡表面表面 co金属液金属液炉渣炉渣co325132转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度冶金中准确的乳化概念冶金中准确的乳化概念:金属液滴或气泡弥散在炉渣中。

13、、若液滴或气泡量较小而且在炉渣中可以自由运若液滴或气泡量较小而且在炉渣中可以自由运动，则该现象动，则该现象叫渣渣-钢、钢、渣渣-气乳化气乳化或或渣渣-钢钢-气乳化气乳化；渣-钢乳化是冲击坑上沿流动的钢液被射流撕裂成金属滴所造成的。、若炉渣中仅有气泡，而且数量多或气泡大，使若炉渣中仅有气泡，而且数量多或气泡大，使气泡无法自由运动，则该现象气泡无法自由运动，则该现象叫炉渣泡沫化炉渣泡沫化。可见，炉渣泡沫化是渣气乳化体系的一种特例。炉渣泡沫化是渣气乳化体系的一种特例。由于渣滴或气泡也能进入到金属溶体中，因此由于渣滴或气泡也能进入到金属溶体中，因此转炉转炉中还存在金属溶体中的乳化体系。中还存在金属溶体

14、中的乳化体系。33转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度经估算能得出比表面积的数量级。如吨钢耗氧为：5056m3/t，则：乳化金属液滴的比表面积为：18502072m2/t。（平炉：（平炉：0.180.4m2/t,大大35个数量级）个数量级）以100t转炉为例，凹坑体积约为凹坑体积约为10L，表面积约为表面积约为0.1m2，而反应区内液滴的总表面积却超过反应区内液滴的总表面积却超过1m2，至少比凹坑表面积大一个数量级。由此可见，氧气顶吹转炉炼钢过程中形成的渣渣-金金-气气乳化液和泡沫渣乳化液和泡沫渣所产生的巨大比表面积巨大比表面积是高反应速高反应速率的原因所在率的原因所在。34结论结论：氧射流与熔池

15、的相互作用产生如下结果氧射流与熔池的相互作用产生如下结果:1).形成冲击区及凹坑；2).形成三相乳化液；3).部分氧流形成反射流股.转炉的传氧载体有转炉的传氧载体有：1)炉渣(以(FeO)为主为主)；2)金属液滴；3)乳化相；4)铁矿石(少量).氧化反应方式：氧化反应方式：元素-O2、元素-O、元素-(FeO)35炼钢过程中，碳炼钢过程中，碳-氧反应不仅完成脱碳任务，还有氧反应不仅完成脱碳任务，还有 以下作用以下作用:1)加大钢加大钢-渣界面，加速物理化学反应的进行渣界面，加速物理化学反应的进行;2)搅动熔池，均匀成分和温度；搅动熔池，均匀成分和温度；3)有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出

16、；有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出；4)有利于熔渣的形成；有利于熔渣的形成；5)放热升温；放热升温；6)爆发性的碳氧反应会造成喷溅。爆发性的碳氧反应会造成喷溅。36三三.供氧参数供氧参数供氧：是指如何最合理地向熔池供给氧气，创造供氧：是指如何最合理地向熔池供给氧气，创造炉内良好的物理化学条件，完成吹炼任务。炉内良好的物理化学条件，完成吹炼任务。供氧制度：是指根据生产条件确定恰当的供氧强供氧制度：是指根据生产条件确定恰当的供氧强度，选择和确定喷头结构、类型和尺寸，制定度，选择和确定喷头结构、类型和尺寸，制定 合合理的氧枪操作方法。理的氧枪操作方法。当氧枪的结构、类型和尺寸确定后，吹炼过程中

17、当氧枪的结构、类型和尺寸确定后，吹炼过程中能调节的能调节的供氧参数是枪供氧参数是枪 位和工作氧压位和工作氧压。37转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度1.供氧压力供氧压力供氧压力应保证使射流出口速度达到超音速，并使喷头出口处氧压稍高于炉膛内炉气压力，对于三孔喷头来说，供氧压力p0可按经验公式确定：氧气温度，K；Q氧气流量，m3/min；d临喷头喉口直径，mm。目前，大型转炉的供氧压力通常为大型转炉的供氧压力通常为0.81.2Mpa。501033.8pPadTQo,.2临oT38转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度2.氧气流量和供氧强度氧气流量和供氧强度氧气流量指单位时间内向熔池的供氧量，供氧强度指单位

18、时间内每吨金属的供氧量。这里，氧气流量=min,min33mttm供氧时间金属装入量单位金属的需氧量39供氧强度=目前，多数转炉的供氧强度控制在2.54.5m3/(t.min)。依据：炉子大小、炉容比。min.,min33tmtm金属装入量氧气流量炉容量It 55 80 90 250 300(厂名)(威远钢厂)(太钢二炼钢)(涟钢(宝钢二炼钢)(宝钢一炼钢Ilm3(t.min)-l 4.3 4.1 4.2 3.33 3.78 40转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度四四.供氧操作供氧操作供氧操作是指调节氧压或者枪位，达到调节氧气流量、喷头出口气流压力及射流与熔池的相互作用程度，以控制化学反应进程的

19、操作。供氧操作分为恒压变枪恒压变枪、恒抢变压恒抢变压和分阶段恒压变分阶段恒压变枪枪几种方法。在国内，多采用分阶段恒压变枪操作法。4142对熔池的物理对熔池的物理作用作用 对熔池的化学对熔池的化学作用作用 调调节节 枪枪位位 枪枪位位 冲冲击击面面积积 冲冲击击深深度度 脱磷、脱硫、脱碳脱磷、脱硫、脱碳 化化 渣渣 喷喷 溅溅 过过高高 过大过大 过浅过浅 提高脱磷提高脱磷、脱硫速脱硫速度度。脱脱 化化渣快，渣快，能促能促进进 渣中渣中(FeO)多多，易易 降降低低 碳速度低碳速度低 脱磷脱磷、脱脱硫硫 引起喷引起喷溅溅 枪枪位位 过过低低 过小过小 过过深深 影响脱磷、脱硫速度影响脱磷、脱硫速度。搅搅 化化渣渣慢慢，影，影响响早早 氧气流股对熔池氧气流股对熔池冲击冲击 提提高高 动好，供氧足，脱碳动好，供氧足，脱碳速度速度高高 期脱磷、脱硫期脱磷、脱硫 力过大，易引起力过大，易引起喷溅喷溅 枪枪位位 43思考题1.转炉是通过哪些手段完成冶炼一炉钢的冶炼任务?说明在冶炼周期内五大元素和温度的变化规律.2.什么是氧射流(特征)?它对转炉炼钢有哪些重要作用(物、化等)?分析LD冶炼周期短的内在原因.3.重要概念:炉容比、乳化现象、一次反应区、供氧强度.4.什么是硬吹和软吹?枪位与冶炼操作参数有何关系？演讲完毕，谢谢观看！